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Si系結晶の製造方法 新技術説明会

国内特許コード P08A013444
整理番号 U2003P025
掲載日 2008年6月6日
出願番号 特願2003-198490
公開番号 特開2007-022815
登録番号 特許第4054873号
出願日 平成15年7月17日(2003.7.17)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
登録日 平成19年12月21日(2007.12.21)
発明者
  • 中嶋 一雄
  • 藤原 航三
  • 宇佐美 徳隆
  • 宇治原 徹
  • 我妻 幸長
出願人
  • 学校法人東北大学
発明の名称 Si系結晶の製造方法 新技術説明会
発明の概要

【課題】キャスト法を用いたSi系結晶の成長方法において、前記Si系結晶の結晶方位を自在に制御することができ、前記Si系結晶から切り出して得たウエハが所定のエッチング操作後において、形状方位の揃ったテクスチャー構造を有するように、前記Si系結晶内に形状方位の揃った構造を簡易に形成する。
【解決手段】キャスト成長用坩堝11の底部に、少なくともSiを含む結晶片を配置する。次いで、キャスト成長用坩堝11内において、結晶片の上方にSi原料を配置する。次いで、キャスト成長用坩堝11を加熱して、結晶片の少なくとも一部が残存するようにSi原料を溶解して、Si融液14を形成する。次いで、Si融液14を冷却及び凝固させることにより、結晶片の残部12AからSi系結晶を一方向成長させる。
【選択図】 図2

従来技術、競合技術の概要
最も安全で環境にやさしいSi太陽電池を地球規模で本格的に普及させるためには、高効率の太陽電池を豊富に存在する資源を用い、低コストで安全に生産できる技術開発が必要である。現在、国内外では、Si融液からキャスト法を用いて太陽電池にデバイス化する方法が実用技術として主流を占めている。
【0003】
しかしながら、キャスト法は、固液界面における温度勾配を増大させた、融液の凝固法をベースにしているため、結晶品質を十分に上げることが本質的に困難である。具体的には、キャスト法を用いて作製したSi多結晶は柱状結晶の組織を有しており、その結晶方位は乱雑であり、ほとんど規則性を有していない。
【0004】
このため、バルク状の前記Si多結晶を切り出してSiウエハを作製し、このウエハを用いて太陽電池を作製した際に、又は前記ウエハ上に所定のSi薄膜やSiGe薄膜を形成して太陽電池を作製した際に、前記太陽電池内に太陽光の反射を防止して、前記太陽光を有効に吸収するための形状方位の揃った構造を形成することができない。したがって、前記太陽電池の変換効率が劣化して、例えば単結晶Siウエハからなる太陽電池と比較した場合において、約8割以下にまで劣化してしまっていた。
産業上の利用分野
本発明は、Si系結晶の製造方法に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 キャスト成長用坩堝の底部に、少なくともSiを含む結晶片を配置する工程と、
前記キャスト成長用坩堝内において、前記結晶片の上方にSi原料を配置する工程と、
前記キャスト成長用坩堝を加熱して、前記結晶片の少なくとも一部が残存するように前記Si原料を溶解して、Si融液を形成する工程と、
前記Si融液を冷却及び凝固させることにより、前記結晶片の残部からSi系結晶を一方向成長させる工程と、
により、Si系結晶を製造するに際し、
前記Si系結晶を一方向成長させる工程において、その成長速度を制御することにより、または前記Si融液を形成する工程において、融液中にGe,C,Ga,In,Al,P,As,Sb及びBからなる群より選ばれる少なくとも一種の追加元素を添加することにより、あるいは前記した成長速度の制御および追加元素の添加を併用することにより、前記Si系結晶の成長方位を制御することを特徴とする、Si系結晶の製造方法。
【請求項2】 前記結晶片は、Si1-XGeX(0≦X<1)なる組成を有することを特徴とする、請求項1に記載のSi系結晶の製造方法。
【請求項3】 前記結晶片の大きさが1mm~10mmであることを特徴とする、請求項1又は2に記載のSi系結晶の製造方法。
【請求項4】 前記結晶片は板状又は粒状であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。
【請求項5】 前記板状の結晶片の結晶面を、[111]、[100]又は[110]方向に揃えて配置することを特徴とする、請求項1~4のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。
【請求項6】 前記Si融液を形成する工程において、前記結晶片の前記残部が前記Si融液の底部の全体を覆うようにすることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。
【請求項7】 前記Si融液を形成する工程において、前記キャスト成長用坩堝の下部を冷却することにより、前記結晶片の前記少なくとも一部を残存させるようにすることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。
【請求項8】 前記キャスト成長用坩堝の底部は平坦又は円錐状に形成されていることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。
【請求項9】 前記Si系結晶の成長速度を0.1mm/分~1mm/分とし、前記Si系結晶の成長方位を[111]方向に制御することを特徴とする、請求項1~8のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。
【請求項10】 前記Si系結晶の成長速度を1mm/分~10mm/分とし、前記Si系結晶の成長方位を[110]又は[112]方向に制御することを特徴とする、請求項1~8のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。
【請求項11】 前記Si系結晶を一方向成長させる工程において、前記Si系結晶の成長途中で、前記Si系結晶の成長速度を増大させ、前記Si系結晶の方位整列効果を増大させることを特徴とする、請求項1~10のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。
【請求項12】 前記追加元素をGeとし、前記Si融液中における前記Geの配合量を0.1原子%~20原子%とし、前記Si系結晶の成長方位を[110]方向に制御することを特徴とする、請求項1~8のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。
【請求項13】 前記追加元素をGeとし、前記Si融液中における前記Geの配合量を20原子%以上とし、前記Si系結晶の成長方位を[100]方位に制御することを特徴とする、請求項1~8のいずれか一に記載のSi系結晶の製造方法。
産業区分
  • 合金
  • 処理操作
  • 太陽熱利用
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003198490thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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